Заполнители бетона . Щебень

1. Введение.

Заполнители бетона – природные или искусственные сыпучие каменные материалы. Занимая в бетоне 80-85% его объема, заполнители образуют жесткий скелет бетона, уменьшая усадку и предотвращая образование усадочных трещин. Заполнители  бетона применяют в виде природного песка (мелкий заполнитель), щебня из изверженных и осадочных горных пород, природного гравия и щебня из гравия. А искусственные составляющие изготавливают из промышленных и других отходов производства, в результате переработки природных минеральных сырьевых материалов.

Классификация заполнителей — производится по следующим признакам:

1. По наибольшему размеру зерен (кусков) — мелкие заполнители (пески) с зернами крупностью до 5 мм и крупные заполнители (гравий, щебень), состоящие из кусков крупностью от 5 до 150 мм;
2. По характеру формы зерен различают: заполнители, имеющие угловатую (неправильную) форму, получаемые дроблением (щебень, песок из отсевов дробления и др.); заполнители, имеющие округлую форму зерен (гравий, природный песок и др.).
3. По происхождению — природные, образовавшиеся в результате разрушения горных пород (природный песок, гравий) или полученные путем дробления и рассева горных пород (песок, щебень); искусственные, подразделяемые на отходы промышленности (металлургические и топливные шлаки, бой обыкновенного глиняного кирпича, шамота, металлический скрап и другие) и специально изготовляемые (керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, вспученный перлит и другие);
4. По насыпной плотности в сухом состоянии: тяжелые — песок плотностью более 1200 кг/ м³ и крупные заполнители плотностью более 1000 кг/ м³ ; пористые — мелкий заполнитель с насыпной плотностью песка менее 1200 кг/ м³ и крупные — плотностью менее 1000 кг/ м³ ;
5. По назначению — для бетонов (крупные и мелкие заполнители) и для растворов (только мелкие заполнители). [1]

Заполнители занимают в бетоне до 80 % объема и оказывают  влияние на свойства бетона, его  долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом. Кроме того, заполнители улучшают технические свойства бетона.

Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает  прочность и модуль деформации бетона, уменьшит деформации конструкций под нагрузкой, а также ползучесть бетона — необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки. Заполнитель уменьшает усадку бетона, способствуя получению более долговечного материала. Усадка цементного камня при его твердении достигает 1 ... 2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и даже микротрещины.

Заполнитель воспринимает усадочные напряжения и в несколько  раз уменьшает усадку бетона по сравнению  с усадкой цементного камня.                                   

В специальных бетонах (жаростойких, для защиты от радиации и др.) роль заполнителя очень  высока, так как его свойства во многом определяют специальные свойства этих бетонов.

Пористые естественные и искусственные заполнители, обладая малой плотностью, уменьшают плотность легкого бетона, улучшают его теплотехнические свойства.

К легким заполнителям относятся  такие материалы как: керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, вспученный перлит и так далее.            В данной курсовой работе проектируется технологическая линия керамзитового завода.

Керамзит — лёгкий пористый строительный материал, получаемый путём обжига легкоплавкой глины. Имеет форму овальных гранул.

  Керамзит имеет  высокие теплоизоляционные свойства и применяется, как правило, в качестве пористого наполнителя для легких бетонов, не обладающий серьезной альтернативой. Возведенные стены из керамзитобетона обладают высокими санитарно-гигиеническими характеристиками и долговечны. Сооружения и здания их керамзитобетона, построенные больше 50 лет, эксплуатируются до сих пор. [3]

Он так же может  использоваться для обустройства теплых полов или просто засыпаться под  деревянные полы, кроме того, он может  служить основой под бетонную стяжку, а утрамбованный керамзитовый песок под укладку паркета. Есть еще один немаловажный момент при строительстве малоэтажных зданий с использованием керамзита - в данном материале не живут грызуны.

Использование этого  материала приобретает особое значение в условиях нашего неустойчивого климата и повышенной влажности, так как он погодоустойчив, огнестоек, не разрушается при замораживании и не подвержен гниению. Благодаря этим свойствам, рекомендуется использовать керамзитовый гравий для отсыпки фундамента, что позволит сократить глубину залегания фундамента с 1,5 м до 0,8 м, предотвращая при этом промерзание грунта вокруг фундамента, а, следовательно, и перекос конструкций здания (рамы, двери и т.п.). Для этого керамзит засыпают с внешней стороны по периметру ленточного фундамента на глубину 250 мм под бетонную стяжку.

Керамзит может быть использован не только в условиях строительства, но и как фильтрующий  материал, увеличивающий производительность фильтроцикла в 2,5-3,5 раза. [6]

Используется для утепления водопроводных и тепловых сетей; Всем хорошо известно, сколько проблем, особенно в зимнее время, могут создать аварии водопроводных и тепловых сетей. Многих из этих проблем можно избежать, используя керамзит в качестве засыпки при их утеплении. Преимущества керамзитового гравия заключаются в том, что свойства этого материала не только облегчают доступ к месту аварии, но позволяют использовать его повторно после устранения аварийного прорыва тепловых или водопроводных сетей. [4]

В зависимости от режима обработки глины можно получить керамзит различной насыпной плотности (объемным весом) — от 200 до 400 кг/м³ и выше.

Новая технология производства керамзита позволяет снизить  себестоимость продукции за счет использования в его производстве золоотвалов энергетических предприятий и различного рода углеиспользующих установок. Таким образом, решается еще и очень важная экологическая проблема утилизации золы. [6]

 
Сырьевая смесь для производства керамзита включает в свой состав тугоплавкую золу электростанций и  технологическую добавку. В качестве добавки используется специально разработанный пластификатор флюсующий газовыделяющий (ПФГ), представляющий собой гомогенную коллоидную суспензию из трех ингредиентов: торфяной гель, общераспространенные суглинки и известняковые отсевы щебеночного производства.

Кроме того, сырьевая смесь  не предъявляет высоких качественных требований к исходным составляющим компонентам, а обжиг готовых  гранул не отличается от технологии обжига стандартного керамзита. 
Такая технология позволяет использовать в производстве керамзита до 90% золы.  
Таким образом, получение керамзита по новой технологии является экономически выгодным и экологически необходимым с точки зрения утилизации золы, а качество готовой продукции не уступает стандартной, а по некоторым показателям даже превосходит ее. [6]

В данной курсовой работе проектируется технологическая линия завода по производству керамзитного гравия производительностью120 тыс. м³ в год.

 

2.Ассортимент  продукции.

 

Продукцией проектируемого завода является керамзитовый гравий.

 ГОСТ 9757-90 [7] предусматривает  следующие фракции керамзитового  гравия по крупности зерен: 5...10, 10...20, 20...40 мм. По согласованию изготовителя  с потребителем допускается изготовление  гравия и щебня от 2,5 до 10 мм  и смеси фракций от 5 до 20 мм и для теплоизоляционных засыпок - от 5 до 40 мм. В гравии и щебне фракции от 2,5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм содержание зерен размером от 5 до 10 мм должно быть от 25 до 50% по массе.

Зерновой состав песка  должен соответствовать указанному в табл. 1.  

 

                                                                                                     Таблица 1

 

В песчано-щебеночной смеси крупностью зерен до 10 мм содержание щебня фракции  от 5 до 10 мм должно быть не более 50% по объему.

В зависимости от насыпной плотности гравий, щебень и песок  подразделяют на марки, приведенные  в табл. 2.  

                                                                                             Таблица 2 

 

Предельные значения марок по насыпной плотности для различных видов пористых гравия, щебня и песка должны соответствовать приведенным в табл. 3. При этом фактическая марка по насыпной плотности не должна превышать максимального значения, а минимальные значения приведены в качестве справочных.  

                                                                                               Таблица 3

       

Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает  требования к прочности керамзитового  гравия при сдавливании в цилиндре и соответствующие им марки по прочности (табл.4). Маркировка по прочности позволяет сразу наметить область рационального применения того или иного керамзита в бетонах соответствующих марок. Более точные данные получают при испытании заполнителя в бетоне

                                                                                                                                   Таблица 4

Марка по насыпной плотности	Высшая категория  качества		Первая категория  качества
	Марка по прочности	Предел прочности при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее	Марка по прочности	Предел прочности  при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее
250	П35	0,8	П25	0,6
300	П50	1	П35	0,8
350	П75	1,5	П50	1
400	П75	1,8	П50	1,2
450	П100	2,1	П75	1,5
500	П125	2,5	П75	1,8
550	П150	3,3	П100	2,1
600	П150	3,5	П125	2,5
700	П200	4,5	П150	3,3
800	П250	5,5	П200	4,5
250	П35	0,8	П25	0,6

 

Примечание. Допускается  по согласованию изготовителя с потребителем для приготовления конструкционных  легких бетонов классов В20 и выше изготовление керамзитового гравия и щебня марок 700 и 800. Гравий и щебень должны быть морозостойкими и обеспечивать требуемую марку легкого бетона по морозостойкости. Потеря массы после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не должна превышать 8 %. В гравии, щебне и песке, применяемых в качестве заполнителей для армированных бетонов, содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO₃ не должно превышать 1 % по массе. Потеря массы при кипячении должна быть 5%, не более. Содержание слабообожженных зерен должно быть 3 % по массе, не более.

   Гравий, щебень  и песок должны быть приняты  техническим контролем предприятия-изготовителя. Гравий, щебень и песок принимают партиями .Партией считают количество гравия и щебня одной фракции и одной марки по насыпной плотности и прочности, одновременно отгружаемое одному потребителю в одном железнодорожном составе, но не более 300 м³. Партией считают количество песка одной группы и марки по насыпной плотности, одновременно отгружаемое одному потребителю, но не более 300 м³. При отгрузке автотранспортом партией считают количество материала, одновременно отгружаемое одному потребителю в течение суток.

Соответствие качества гравия, щебня и песка требованиям  стандарта устанавливают по данным входного, операционного и приемочного контроля. Результаты входного, операционного и приемочного контроля должны быть зафиксированы в соответствующих журналах лаборатории, ОТК или других документах. Порядок проведения, объем и содержание входного и операционного контроля устанавливают в соответствующей технологической документации. Приемочный контроль осуществляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта путем проведения периодических и приемосдаточных испытаний.

Зерновой состав гравия, щебня и песка, прочность, насыпную плотность, влажность, морозостойкость, потери массы гравия и щебня при кипячении, прокаливании, силикатном распаде, содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений, количество слабообожженных зерен в песке, гравии и щебне, теплопроводность гравия и щебня определяют по ГОСТ 9758, удельную активность естественных радионуклидов - гамма-спектрометрическим методом по ГОСТ 30108. [9]

 Гравий, щебень и  песок транспортируют навалом в открытых железнодорожных вагонах и автомашинах в соответствии с утвержденными в установленном порядке Правилами перевозок грузов соответствующими видами транспорта. Гравий и щебень следует хранить раздельно по фракциям и маркам по насыпной плотности и прочности, песок - по маркам. При хранении гравий, щебень и песок не должны подвергаться засорению.

 

                            3. Сырье,  топливо, состав массы.

3.1 Сырье для производства  керамзита.

 Глинистые породы из категории осадочных горных – сырье для производства керамзита. Камнеподобные глинистые породы, такие как глинистые сланцы, аргиллиты, относятся к метаморфическим.  Глинистые породы помимо глинистых минералов содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые органические примеси. В производстве керамзита используют в основном монт-мориллонитовые и гидрослюдистые глины, которые содержат не более 30% кварца.  Подходит глинистое сырье для производства керамзита или нет, определяют при специальном исследовании его свойств.